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1、.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,第二章 铸造成形,2.1 概述,铸造将液态金属浇入铸型中，冷凝后 获得铸件的成形方法。,铸件,金属液,铸型,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,铸造的特点及应用,1.成本低,2.工艺灵活,3.制件形状复杂,特 点,应 用,形状复杂的、受力不大的或主要承受 静载荷的零件或毛坯的成形。,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY, 铸造方法的种类,铸造,手工 砂型 铸造,机器 砂型 铸造,砂型铸造,熔 模 铸 造,离 心 铸 造,压 力 铸 造,低 压 铸 造,特种铸造,.,.,.,上海大学机
2、自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.2 铸件成形理论基础,一、金属的充型,1.金属的充型能力：,液态金属充满铸型型腔， 获得形状完整、轮廓清晰 的优质铸件的能力。,2.充型能力对铸件质量的影响：,充型能力不足,轮廓不清、花纹模糊,浇不足、冷隔,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,3.影响充型能力的因素：,合金流动性：共晶成分的合金或结晶间隔小的 合金流动性好，充型能力强。,铸型条件：铸型的蓄热系数越小，铸型的温度 越高，则充型能力越好；铸型中有 适量的气体将有利于提高充型能力， 但气体过量则妨碍充型。,浇注条件：浇注温度越高，浇注压力越大，浇 注系统结
3、构越简单，充型能力越强。,（灰口铸铁、硅黄铜铝硅合金铸钢）,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,铸件结构：铸件的折算厚度（体积/表面积） 越大，铸件结构形状越简单，其 充型能力越好。,4.防止浇不足和冷隔的措施：,尽可能采用共晶合金或结晶间隔小的合金,适当提高浇注温度和压力,改善浇注系统和铸型条件（如加高直浇道、扩 大内浇口，预热铸型，增加型砂中煤粉含量以 减少阻力等）,改变铸件结构（如加大壁厚）,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,二、合金的收缩,铸件在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。,1.收缩过程及收缩率,收缩,液态收缩,固态收缩
4、,凝固收缩,体积收缩，用体收缩率V表示,尺寸收缩，用线收缩率l表示,2.收缩对铸件质量的影响,液态和凝固收缩得不到补偿缩孔和缩松,固态收缩受到阻碍应力、变形、裂纹,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,3.影响收缩的因素：,化学成份：铸钢的收缩大，且碳量越高，收缩越大；,铸铁的收缩小，且随碳量、硅量的增加，收缩越小。,浇注温度：浇注温度越高，收缩量越大,铸件结构和铸型条件：实际收缩率自由收缩率,三、缩孔和缩松,缩孔-由收缩引起的大而集中的孔洞,缩松-由收缩引起的小而分散的孔洞,*铸铁收缩小是因为石墨析出时的体积膨胀抵消了部分收缩,.,上海大学机自学院,SHANGHAI
5、UNIVERSITY,1.产生原因：合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩， 且得不到补偿。,2.后果,缩孔+宏观缩松,纯金属和结晶间隔小的合金 （逐层凝固方式）,结晶间隔大的合金 （糊状凝固方式）,显微缩松,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,适当降低浇注温度和浇注速度。,尽可能采用共晶合金或结晶间隔小的合金，以防止 产生缩松。,3.防止措施,冒口,浇口,合理设置浇口、冒口、冷铁等，实现定向凝固（顺序 凝固），将缩孔转移。,定向凝固原则适用于收缩大的合金或壁厚差别 较大的铸件（即必须补缩的场合）,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,顶冒口,侧
6、冒口,冷铁,方案1 （2冒口）,方案2 （1冒口、1冷铁）,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,四、铸造应力、变形和裂纹,1.铸造应力,产 生 原 因,铸型或型芯阻碍铸件自由收缩收缩应力 （机械应力）,*收缩应力是临时的（清砂后消失），而热应力将残留在 铸件内部，称为残余应力，这种应力会在铸件放置过程 中或受到切削加工时通过变形得到部分释放，但不会完 全消除，只有通过去应力退火或自然时效才能消除。,某些合金在铸造过程中由于发生相变而引起的体积 膨胀或收缩，产生相互阻碍相变应力,铸件壁厚不均匀，造成冷速不一致，收缩有先有 后、有大有小，引起相互阻碍热应力,.,上海大学机
7、自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,防 止 措 施,改善铸型和型芯的退让性，以减少机械应力,合理设置浇口、冒口和冷铁，实现同时凝固， 以防止热应力,铸件结构上尽可能减少互相牵制（如壁厚均匀、 逐步过渡等）,尽可能选择线收缩率小的合金 对已残留铸造应力的铸件，必须进行去应力退火 或自然时效后，方能进行切削加工或投入使用。,冷铁,浇口,同时凝固原则适用于收缩小的合金或壁厚均匀的铸件 （不须补缩）、结晶间隔大的合金（无法补缩）,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,残余应力规律：,厚壁部分或心部（后凝固）受拉应力,薄壁部分或表层（先凝固）受压应力,圆柱体 （表层受
8、压，心部受拉）,+ + + + + + + + + +,- - - - -,- - - - -,T形梁 （厚部受拉，薄部受压）,+ + + + + + + +,- - - - - - - - - -,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.铸件的变形,铸造应力超过了材料的屈服强度,切削加工破坏了应力平衡,产生 原因,防止 措施, 同应力防止（变形是由应力引起的）,反变形法（应预知变形的方向和大小）,变形趋势的判断：,厚壁部分或心部（拉应力）缩短,薄壁部分或表层（压应力）伸长,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,+ + + + + + + +
9、+ +,- - - - -,- - - - -,例1：将有残余应力的圆柱体铸件进行如下加工， 会如何变形？,车外圆,钻孔,刨去一侧,缩短,伸长,弯曲,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,+ + + + + + + +,- - - - - - - - - -,例2：下图铸造T形梁内有残余应力，经时效或 去应力退火后将会如何变形？,3.铸件的开裂,铸造应力超过了材料的强度极限,原因,分类,热裂-高温时形成的裂纹（发生在薄壁或表层）,冷裂-低温时形成的裂纹（发生在厚壁或心部）,防止措施,同应力防止（变形和开裂都是由应力引起的）,.,上海大学机自学院,作业题： 1.试分析下图
10、所示各种截面的铸钢梁，其凝固收缩是自由 收缩还是受阻收缩？收缩时是形成热应力还是机械应力？ 指出受力位置及应力性质（拉+、压-）和变形趋势。,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.下图所示为两个尺寸不全相同的轮类灰口铸铁件，试 分析这两个铸件在浇注冷却收缩后，轮缘、轮辐、轮 毂处的残余应力状态，并估计可能产生冷裂的部位。,轮缘,轮辐,轮毂,.,上海大学机自学院,2.3 砂型铸造的造型方法,一、砂型铸造的工艺流程,造型和芯,熔炼合金,合箱 浇注,落砂 清理,后处理,检验,二、造型方法的选择,1.手工造型,单件小批生产或大型铸件的生产,整模造型 分模造型 三箱造型 挖砂
11、造型 假箱造型 活块造型,.,上海大学机自学院,上,下,上,下,上,上,上,下,下,下,中,两箱整模造型 （一样大，一头大）,两箱分模造型 （两头小中间大）,三箱分模造型 （两头大中间小）,下箱,平底板,模样,挖砂造型 （曲面分型）,成形底板 （木、金属）,假箱 （水泥、石膏）,or,假箱造型 （曲面分型）,活块造型 （局部妨碍）,活块,小批量,大批量,模样,模样,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.机器造型（紧砂、起模由机器完成）,适合大批大量生产中小型铸件,气动微振压实造型,多触头高压造型,垂直分型无箱射砂造型,注意：机器造型不能三箱、挖砂，尽量不用活块, ,
12、 , , ,上,下,外型芯块,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,1.确定浇注位置 如何保证铸件的质量（P.43）,重要的加工面、主要的工作面应朝下 或侧立（回转加工面应侧立） 大平面朝下或倾斜 大面积的薄壁部分应放在铸型下部或 垂直、倾斜放置 厚大部分放在铸型上部或分型面附近 有利于型芯的固定和排气,下,侧,2.4 砂型铸造工艺 绘制铸造工艺图,.,上海大学机自学院,SHANGHAI UNIVERSITY,2.确定分型面和分模面 如何顺利起模（P.44）,分型面一定是最大截面 应采用最简单、最少的分型面 尽量用平直面分型，少用曲折分型面 加工面和基准面应位于同一砂箱
13、 铸件尽可能全部或大部分放在同一砂 箱，且最好是下砂箱,大,砂型的分界面,木模的分界面,.,车床床身,中,导轨面要求组织致密、耐磨损,起重机卷扬筒,中,圆周表面要求组织均匀、致密、耐磨损,厚壁朝上，有利冒口补缩,锥齿轮,上,齿面要求组织致密、耐磨损,.,大平面朝下，以避免上表面型砂受高温液态金属烘烤而胀裂，造成夹砂、粘砂等缺陷,大面积的薄壁部分放在铸型下部或垂直、倾斜放置，有利充型，防止浇不足,分型面尽量平直，以避免挖砂、假箱等，简化造型工艺，降低成本,.,用自带型芯（砂垛）形成空腔，既简化了造型工艺，又保证了型芯的稳定性,基准面,加 工 面,基准面,加工面与加工基准面处在同一个砂型中，避免了可能因为错箱而引起的位置误差,.,上海大学机自学院,3.确定工艺参数,加工余量（ 面上放，且上面侧面底面） 起模斜度和结构斜度 收缩率（用文字说明） 不铸孔和槽（单件小批：直径或边长4的深孔均不铸） 型芯头和型芯座（一般芯头与芯座之间应留有14 mm的间隙，以便于铸型的装配）, , , , ,
